法兰螺栓力矩

Ab=nA=12×1828.55=21942.6mm2
因 为 Ａ b大 于 Ａ m， 所 以 该 Ab即 为 所 求 。
利 用 上 述 计 算 结 果 ， 按 (2.0.1-7)式 计 算 预 紧 状 态 下 的 螺 栓 设 计 总 荷 载 Wy：
Wy
=
Am
+ 2
Ab
[σ ]b
=
10055.14 + 21942.6 × 254 2
62.1
4.25
69.6
简图 -
压紧面形状 类 (见表2.0.1- 别
1)
1(a、b、c、 Ⅱ d)4、5
1(a、b、c、 d)4、5
1(a、b)
1(a、b、c、 Ⅱ d)
1a、1b、 1c11、1d11、
211
1(a、b、c、 d)2、3
续 表 2.0.1-2
垫片参数
垫片材料
金属平板 金属环
软铝 软铜或黄铜 铁或软钢 蒙乃尔或4~6%铬钢 不锈钢 铁或软钢 蒙乃尔或4~6%铬钢 不锈钢
a) 国家标准GB150-90《钢制压力容器》。 b) 国家标准GB196-81《普通螺纹基本尺寸》。
2 法兰螺栓紧固力矩的计算方法 2.0.1 法兰螺栓紧固力矩的计算步骤如下:
a) 确定垫片基本密封宽度b0,mm。 根 据 垫 片 型 式 及 尺 寸 ， 按 表 2.0.1-1确 定 垫 片 基 本 密 封 宽 度 b0。
(2.0.1-6)
[σ ]tb -设 计 温 度 下 螺 栓 材 料 的 许 用 应 力 ， MPa； 螺 栓 材 料 的 许 用 应 力 数 值 可 参 照
GB150-89第 2章 的 表 2-7。
3) 需要的螺栓总面积Am取AaFra bibliotekAP之间的最大值。
4) 确定预紧状态下的螺栓设计总荷载，其数值按正式计算：
为 279.4mm； 设 计 压 力 P=20MPa； 常 温 下 螺 栓 材 料 的 许 用 应 力 为 [σ]b=254MPa； 设 计 温 度
下 螺 栓 材 料 的 许 用 应 用 为 [σ ]tb ＝ 185MPa； 螺 栓 公 称 直 径 dB=52mm； 螺 矩 P1为 3mm。 螺 栓
垫片系数 m
4.00 4.75 5.50 6.00 6.50 5.50 6.00 6.50
比压力 y
MPa 60.7 89.6 124.1 150.3 179.3 124.1 150.3 179.3
注 :本 表 引 自 GB150-89第 7章 表 7-2。
简图
压紧面形状 类 (见表2.0.1- 别
A=
π 4
(d1
−
P1 6
)2
(2.0.1-９ )
式 中 d1-外 螺 栓 小 径 ， mm P1-螺 矩 ， mm d1可 根 据 所 选 螺 栓 公 称 直 径 及 螺 矩 由 GB196-81查 得 。
i) 确定螺栓设计总荷载W，N。 W取 预 紧 状 态 下 的 螺 栓 设 计 总 荷 载 ,Wy。
dB-螺 栓 公 称 直 径 ， mm。
3. 法兰螺栓紧固力矩的计算实例
3.0.1 计算实例法 兰 等 级 PN42.0MPa， 公 称 直 径 DN200， 设 计 温 度 450℃ ， 螺 栓 材 料 25Cr2MoVA。
a) 已知数据
垫片为圆环垫，垫片材料 为TP316，垫片宽度ω=22.224mm，垫片接触面平均直径
j) 确定法兰每个螺栓所需的紧固力矩，其数值按下式计算：
Ｔ = 10−3 kWd B n
(2.0.1-10)
式中 T-法兰每个螺栓所需的紧固力矩,N-m; k-扭 矩 系 数 。 它 与 螺 栓 、 螺 母 的 松 紧 配 合 ， 螺 纹 、 螺 母 和 法 兰 的 表 面 的 光 洁 度
和 磨 擦 系 数 有 关 。 在 允 许 情 况 下 ｋ 值 可 通 过 抽 样 进 行 测 定 ， 其 数 值 一 般 在 0.11~0.15之 间 。 在 无 法 测 定 的 情 况 下 ， 建 议 将 k值 取 为 0.13。
径。
d) 确定操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力，其数值按正式计算：
F
=
π 4
DGG2 P
(2.0.1-1)
式中 F-操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力,N;
P-设 计 压 力 ,MPa。
e) 确定操作状态下需要的最小垫片压紧力，其数值按下式计算：
FP=2π DGbmP 式 中 FP-操 作 状 态 下 需 要 的 最 小 垫 片 压 紧 力 ,N;
(2.0.1-4)
y-垫 片 比 压 力 Mpa,由 表 2.0.1-2查 得 。
h) 确定预紧状态下的螺栓设计总荷载,具体步骤如下:
1) 确定预紧状态下需要的最小螺栓总面积,其数值按下式计算:
Aa=
[ Wa σ ]b
]
(2.0.1-5)
式 中 Aa-预 紧 状 态 下 需 要 的 最 小 螺 栓 总 面 积 ,mm2;
根 据 GB196-81， 对 于 公 称 直 径 为 52mm、 螺 矩 为 3mm的 螺 栓 ， d1=48.752MM。 按
（２．０．１－９）式计算单个螺栓实际面积Ａ：
A
=
π 4
(d 1−
P1 )2 6
=
π 4
(48.752 −
3)2 6
= 1828.55mm2
实 际 螺 栓 总 面 积 Ab为 :
2.50
69
3.00
69
2.50
20
2.75
26
3.00
31
3.25
38
3.50
44.8
2.75
25.5
3.00
31
3.25
38
3.50
44.8
3.75
52.4
3.25
38
3.50
44.8
3.75
52.4
3.50
55.2
3.75
62.1
3.75
62.1
3.25
38
3.50
44.8
3.75
52.4
3.75
个 数 n=12。
b) 计算法兰螺栓紧固力矩
1) 确定垫片基本密封宽度b0 查 表 2.0.1-1可 知 ， 对 园 环 垫 b0=ω /8=2.778mm
2) 确定垫片有效密封宽度b：
因 为 b0<6.4mm， 所 以 b=b0=2.778mm。 3) 确定垫片压紧力作用中心圆直径DG：
因 为 b0<6.4mm， 所 以 DG=垫 片 接 触 面 的 平 均 直 径 =279.4mm。 4) 由(2.0.1-1)式计算操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力F：
编制
审核
会签
批准
表 2.0.1-1
垫片基本密封宽度
压 紧 面 形 状 (简 图 )
1a 1b
1c
1d
2
3
4
5
6
注 ： 本 表 引 自 GB150-89第 7章 表 7-1。 b) 确定垫片有效密封宽度b,mm。
垫 片 基 本 密 封 宽 度 b0 I类 (见 表 2.0.1-2) Ⅱ类(见表2.0.1-2)
=
4.372 ×105 254
= 1721.26mm2
按 (2.0.1-6)式 计 算 操 作 状 态 下 需 要 的 最 小 螺 栓 总 面 积 AP：
A
p=
WP [σ ]tb
= 1.8602 ×106 185
= 10055.14mm2
因 AP大 于 Aa， 所 以 需 要 的 螺 栓 总 面 积 Am为 ： Am=AP=0055.14mm2
N
N
2
2
ω +δ1 2
⎜⎛ ω + N 最大⎟⎞
⎝4
⎠
ω +δ1 2
⎜⎛ ω + N 最大⎟⎞
⎝4
⎠
ω +N 4
N 4
3N 8
N 4
ω 8
ω + 3N 8
3N 8
7N 16
3N 8
垫 片 有 效 密 封 宽 度 b按 以 下 规 定 计 算 :
c) 径。
当b0≤6.4mm时，b= b0,mm
当 b0>6.4mm时 ， b=2.53 b0 ,mm。
[σ ]b-常 温 下 螺 栓 材 料 的 许 用 应 力 ， MPa； 螺 栓 材 料 的 许 用 应 力 数 值 可 参 照
GB150-89第 2章 的 表 2-7。
2) 确定操作状态下需要的最小螺栓总面积,其数值按下式计算:
AP= [σW]Ptb ]
式中 AP-操作状态下需要的最小螺栓总面积,mm2;
目
次
1 总则
2 法兰螺栓紧固力矩的计算方法
3 法兰螺栓紧固力矩的计算实例
4 常用的法兰螺栓紧固力矩
1 总则
1.0.1 本标准规定了法兰螺栓紧固力矩的计算方法。法兰螺栓紧固力矩是指为避免操作 状态下法兰泄漏，在法兰安装时扭紧螺栓所需的扭力矩。该扭力矩在避免法兰泄漏的同时, 不致造成垫片损坏、法兰永久变形和螺栓屈服。 1.0.2 本标准适用于设计压力不大于35MPa、钢材的使用温度在允许范围之内的情况。 1.0.3 本标准考虑了流体静压力及垫片压紧力的作用，未考虑外力、外力矩的作用。 1.0.4 引用标准
下 需 要 的 最 小 螺 栓 总 荷 载 Wa为 : Wa=π DGby=π ×279.4×2.778×179.3=4.372×105N
8) 计算预紧状态下的螺栓设计总荷载Wy：
按 (2.0.1-5)式 计 算 预 紧 状 态 下 需 要 的 最 小 螺 栓 总 面 积 Aa：
A
a=
Wa [σ ]b
1) 1(a、b、c、 d)2、3、4、 5
6
f) 确定操作状态下需要的最小螺栓总荷载,其数值按下式计算:
WP=F+FP 式 中 WP-操 作 状 态 下 需 要 的 最 小 螺 栓 总 荷 载 ,N。 g) 确定预紧状态下需要的最小螺栓总荷载,其数值按下式计算:
(2.0.1-3)
Wa=π Dgby 式 中 Wa-预 紧 状 态 下 需 要 的 最 小 螺 栓 总 荷 载 ,N;
m-垫 片 系 数 ， 由 表 2.0.1-2查 得 。
(2.0.1-2)
表 2.0.1-2
垫片参数
垫片材料
自紧式垫片
O形环、金属、橡胶及其它自紧密封的垫片
无织物或少含量石棉纤维的合成橡胶:肖氏硬度 低于75 肖氏硬度大于等于75
具有适当加固 厚度3mm
物的石棉
厚度1.5mm
(石棉橡胶板) 厚度0.75mm
内有棉纤维的橡胶
内有石棉纤维的橡胶, 3层
具有金属加强丝
2层
或不具有金属加强丝 1层
植物纤维
垫片系数 m
0
0.50 1.00 2.00 2.75 3.50 1.25 2.25 2.50 2.75 1.75
比压力 y
MPa 0
1.4 0 11 25.5 44.8 2.8 15.2 20 25.5 7.6
确 定 垫 片 压 紧 力 作 用 中 心 圆 直 径 DG,mm 对 于 活 套 法 兰 ， 垫 片 压 紧 力 作 用 中 心 圆 直 径 DG即 是 法 兰 与 翻 边 接 触 面 的 平 均 直
对于其他型式的法兰，按下述规定计算:
当 b0≤ 6.4mm时 ,DG=垫 片 接 触 面 的 平 均 直 径 ; 当 b0>6.4mm时 ， DG＝ 垫 片 接 触 面 外 直 径 减 2b。 对 于 活 套 法 兰 ， 垫 片 压 紧 力 作 用 中 心 圆 直 径 DG即 是 法 兰 与 翻 边 接 触 面 的 平 均 直
F
=
π 4
DG2 P
=
π 4
× 2.7942
× 20
= 1.2262 ×106
N
5) 计算操作状态下需要的最小垫片压紧力FP：
由 表 2.0.1-2可 知 ， 不 锈 钢 圆 环 垫 的 垫 片 系 数 m为 6.5； 由 （ 2.0.1-2） 式 中 计 算 得 到 操
作 状 态 下 需 要 的 最 小 垫 片 压 紧 力 FP为 FP=2π DGbmP=2π ×2.794×2.778×6.5×20=6.3397×105N
ＷＹ=
Am
+ 2
Ab
[σ ]b
(2.0.1-7)
式中 Wy-预紧状态下的螺栓设计总荷载,N;
Ab-实 际 螺 栓 总 面 积 ， 它 应 不 小 于 需 要 的 螺 栓 总 面 积 Am， 其 数 值 按 下 式 计 算 :
Ab=nA
(2.0.1-8)
式 中 n-螺 栓 个 数 ;
A-单 个 螺 栓 实 际 面 积 A， mm2； 其 数 值 可 按 下 式 计 算 ＂
内填石棉缠绕式金属 波纹金属板夹壳内包 石棉或波纹金属板内包 石棉
波纹金属板
平金属板内包石棉
槽形金属
碳钢 不锈钢或蒙乃尔 软铝 软铜或黄铜 铁或软钢 蒙乃尔或4~6%铬钢 不锈钢 软铝 软铜或黄铜 铁或软钢 蒙乃尔或4~6%铬钢 不锈钢 软铝 软铜或黄铜 铁或软钢 蒙乃尔 4~6%铬钢 不锈钢 软铝 软铜或黄铜 铁或软钢 蒙乃尔或4~6%铬钢 不锈钢
6) 由(2.0.1-3)式计算操作状态下需要的最小螺栓总荷载WP： WP=F+FP=1.2262×106+6.3397×105=1.8602×106N
7) 计算预紧状态下需要的最小螺栓总荷载Wa：
由 表 2.0.1-2可 知 ， 不 锈 钢 圆 环 垫 的 垫 片 比 压 力 y为 179.3； 由 (2.0.1-4)式 计 算 预 紧 状 态